《Journal of Neuroendocrinology》：Divergent effects of hyperandrogenemia on the female reproductive neuroendocrine axis under different physiological conditions
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下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴协调生殖功能，并通过性腺类固醇激素的反馈调节以稳态方式控制促性腺激素的分泌。在雌性中，卵巢雌激素和孕激素是抑制黄体生成素（LH）释放的主要负反馈信号，而在雄性中，雄激素（如睾酮（T））通常提供此类反馈。然而，雄激素也可对雌性HPG
下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴协调生殖功能，并通过性腺类固醇激素的反馈调节以稳态方式控制促性腺激素的分泌。在雌性中，卵巢雌激素和孕激素是抑制黄体生成素（LH）释放的主要负反馈信号，而在雄性中，雄激素（如睾酮（T））通常提供此类反馈。然而，雄激素也可对雌性HPG轴产生反馈效应，尤其是在循环T水平超出正常女性生理范围的情况下。三个临床相关的实例为合成代谢物质滥用、睾酮治疗和多囊卵巢综合征（PCOS；近期更名为多内分泌代谢性卵巢综合征[PMOS]）。尽管均暴露于"雄激素过量"，但这些不同的高雄激素状态与截然不同的神经内分泌表型相关。在睾酮治疗和合成代谢物质滥用中，达到或超过男性生理范围的高水平外源性雄激素暴露通常抑制LH分泌并扰乱排卵周期，模拟对HPG轴的增强负反馈。相反，在PMOS中，内源性T升高（对女性而言较高，但低于男性生理范围）与LH分泌增加、无周期性和无排卵相关。这些LH结局差异的机制尚不清楚，但可能部分反映雄激素来源（外源性vs.内源性）、循环雄激素浓度以及雄激素暴露的发育时机和/或持续时间上的差异。本综述综合了当前临床和临床前证据，比较了不同高雄激素血症模型对雌性HPG轴的影响，旨在阐明具有不同特征的内源性和外源性雄激素如何差异性改变雌性神经内分泌功能。
1 引言
下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴是调控生殖与生育的关键神经内分泌系统。下丘脑分泌促性腺激素释放激素（GnRH）的神经元投射至垂体，诱导黄体生成素（LH）和卵泡刺激素（FSH）两种促性腺激素的分泌。这些垂体源性激素作用于性腺，驱动类固醇生成和性腺功能。性腺来源的性类固醇可循环回下丘脑，形成稳态负反馈环路，调节GnRH神经元活动、GnRH分泌及随后的LH和FSH释放。在雌性大部分时间和雄性全部时间中，GnRH和LH以脉冲方式分泌，每次离散分泌事件称为GnRH（或LH）脉冲；相比之下，FSH在两种性别中通常不呈脉冲式分泌。性类固醇从性腺到下丘脑的反馈通常调节GnRH和LH脉冲的频率和幅度，进而影响卵巢的调节和功能。
在正常循环水平的性类固醇典型反馈效应之外，某些健康或生活方式状况可导致性类固醇水平过度升高，从而影响HPG轴功能。在高雄激素血症（即雄激素过量）条件下，循环雄激素（如睾酮（T））水平异常升高，对雌性生殖轴产生负面影响，导致月经不规律或缺失、无排卵以及生育力低下或不孕。事实上，高雄激素血症是育龄女性最常见生殖障碍——多囊卵巢综合征（PCOS）的关键症状之一，影响约10%的育龄女性。值得注意的是，该疾病症状的高度异质性和复杂性促使近期将PCOS更名为多内分泌代谢性卵巢综合征（PMOS），本文全文使用PMOS。重要的是，高雄激素血症对生殖神经内分泌功能的生理后果似乎强烈依赖于具体情境：PMOS中过量的内源性雄激素常与生殖激素分泌亢进相关，而外源性雄激素过量（如合成代谢物质滥用或为跨性别男性提供的性别肯定治疗）通常导致相反的神经内分泌结局，即生殖激素受抑。这些在"高雄激素血症"或"雄激素过量"总体范畴下的不同生理结局，对雄激素暴露的来源、时机、浓度及全身背景及其对雌性HPG轴的影响提出了重要的机制性问题。本综述旨在综合临床研究和临床前啮齿动物模型的最新发现，探讨内源性 versus 外源性雄激素暴露如何调节雌性神经内分泌HPG轴。
2 性类固醇与生殖神经内分泌轴
性腺分泌的性类固醇除促进生殖功能外，通常反馈至调节生殖轴的下丘脑脑回路。在雌性中，雌二醇（E2）和孕酮（P4）是卵巢产生的主要类固醇激素，而在雄性中，睾酮（T）由睾丸释放。在卵巢中，E2的合成依赖于LH驱动的雄激素合成与FSH支持的雄激素芳香化之间的协调平衡。首先，LH作用于卵巢卵泡膜细胞，刺激包括T在内的雄激素合成。这些膜细胞来源的T随后扩散至邻近的颗粒细胞，FSH促进芳香化酶（将T转化为E2的酶）的表达和活性。一旦以足够水平分泌，性腺来源的性类固醇（包括E2和T）可作用于下丘脑，通过经典"负反馈环路"抑制脉冲性GnRH释放，从而相应抑制脉冲性LH释放，使其维持在健康稳态范围内。此外，仅在雌性中，每个周期晚期卵泡期（啮齿动物为发情前期）还存在"正反馈"环路，此时升高的卵巢E2水平作用于大脑，引起GnRH分泌的大量、持续增加（"GnRH surge"）。相应地，E2诱导的GnRH surge启动下游LH分泌 surge，最终触发排卵。E2的正反馈效应具有性别二态性，通常仅发生在雌性中，与仅雌性排卵一致。
有趣的是，GnRH神经元不具备直接接收类固醇负反馈或正反馈信号所需的性类固醇受体——雌激素受体α（ERα）和雄激素受体（AR）。因此，上游脑细胞群体必须感知性类固醇信号，然后将该信息传递给GnRH神经元。在2000年代中期，研究发现下丘脑表达kisspeptin（由Kiss1基因编码的神经肽）的神经元高水平表达ERα和AR，是GnRH神经元的主要刺激者。有两类主要的下丘脑kisspeptin神经元群体参与介导性腺类固醇的正反馈或负反馈效应。一个kisspeptin细胞群体位于下丘脑弓状核（ARC），该区域性类固醇在男性和女性中间接抑制GnRH脉冲分泌。ARC中的kisspeptin神经元共表达神经激肽B（NKB）和强啡肽，常被称为"KNDy"神经元。KNDy神经元已被证明充当GnRH脉冲发生器，通过周期性kisspeptin分泌刺激每次GnRH脉冲事件来引导下游GnRH脉冲分泌。在主流KNDy模型中，NKB促进KNDy群体内的同步神经元激活，而强啡肽抑制性输入帮助终止每次KNDy神经元活动事件，kisspeptin作为释放以激活GnRH神经元的关键信号因子发挥作用。KNDy神经元表达AR和ERα，雄激素和雌激素均可抑制KNDy神经元，部分通过抑制Kiss1基因表达和kisspeptin合成实现。KNDy神经元kisspeptin信号减少推测导致GnRH脉冲分泌刺激减弱，从而LH脉冲分泌减少。
第二个主要kisspeptin群体位于更前部的下丘脑视前区；在啮齿动物中，视前区kisspeptin神经元特异地位于第三脑室头侧室周核（RP3V；也称为AVPV/PeN）。与KNDy神经元类似，RP3V kisspeptin神经元同时表达ERα和AR。然而，与KNDy神经元相反，RP3V kisspeptin神经元受E2（和T）处理刺激，被认为仅在雌性中介导E2正反馈诱导LH surge。
在雄性中，睾丸分泌的T循环回下丘脑，调节脉冲性GnRH释放及随后的LH脉冲。经典研究证明AR信号对雄性HPG轴的正常负反馈调节既是必要的也是充分的。例如，AR突变的男性和雄性动物表现出LH水平升高，即使存在高内源性T水平，表明功能性AR信号在提供负反馈中的必要作用。同样，氟他胺等AR拮抗剂治疗可增加男性LH脉冲频率和啮齿动物平均LH，同样表明AR信号在LH脉冲调节中的必要作用。此外，使用T衍生物双氢睾酮（DHT）（一种不可芳香化的雄激素，不能转化为E2，因此不能间接通过ERα作用）可显著降低男性和雄性动物的LH分泌，表明AR信号也足以对GnRH和LH脉冲提供负反馈。然而，DHT只能结合AR，而T可被芳香化为E2，使得T的部分负反馈效应可能除AR信号外还间接通过ERα信号介导。事实上，部分证据支持这一点，ERα突变的男性和雄性小鼠均表现出平均LH和FSH升高。此外，临床研究报告E2治疗可降低男性平均LH和脉冲幅度，动物研究也支持这一发现，E2可降低去势（CAST）雄性的平均LH。T在雄性中通过AR直接作用及通过ERα间接作用的这种可能双重作用，在考虑T在高雄激素血症条件下如何调节雌性生殖神经内分泌轴时尤为有趣。
3 女性和跨性别男性中的外源性睾酮治疗
与男性类似，外源性雄激素治疗可对雌性HPG轴产生类负反馈作用，因为以显著高于健康成年女性正常循环范围（15–70 ng/dL）的高水平T（>200 ng/dL）治疗女性可导致LH水平降低。雄激素释放肿瘤引起的高循环T水平也可抑制女性HPG轴，表现为LH分泌减少和LH脉冲频率降低。此外，与男性类似，急性DHT治疗也可降低健康女性LH分泌，表明AR信号足以介导雄激素对雌性生殖神经内分泌轴的抑制。
3.1 合成代谢物质滥用的外源性雄激素暴露
合成代谢-雄激素类固醇（AAS）滥用是外源性高水平雄激素暴露的可能途径。AAS是T的合成衍生物，常被运动员和健美者使用。在男性中，AAS滥用导致超生理水平的T，一项研究报告水平可达内源性T的10–100倍。这种高浓度外源性雄激素暴露抑制男性HPG轴，导致LH和FSH水平降低、睾丸萎缩（性腺功能减退）和少精症。值得注意的是，尽管男性促性腺激素抑制在AAS活跃使用期间最为显著，停药后LH恢复可能缓慢甚至不完全，表明既往超生理雄激素暴露可能对HPG轴功能留下长期残余效应。滥用AAS的女性也表现出HPG轴抑制，表现为LH和FSH降低，以及闭经和无排卵。这表明达到或超过男性生理范围的高水平循环雄激素抑制雌性HPG轴，模拟男性T的负反馈。然而，女性人体研究稀少，且常受大运动量训练、体重改变和其他训练因素混杂影响，难以分离AAS对LH抑制和无排卵的特异性贡献。
3.2 性别肯定睾酮治疗的外源性雄激素给药
美国有超过280万人认同为跨性别者。约1/3至1/2的个体是出生时指定为女性的XX遗传个体，认同男性性别身份或性别非二元（统称TGN）。外源性性别肯定T治疗（GAT）给予许多TGN个体，以模拟顺性别男性（320–1000 ng/dL）的生理T范围，比健康成年女性正常T水平高10–15倍。这种高浓度T治疗诱导期望的男性化身体特征，并减少月经周期。TGN个体接受长期男性水平GAT的单次血样显示，在高循环T水平存在下LH水平较低。LH脉冲研究结果因个体间变异和小样本量而不一致。一项短期低剂量GAT治疗（仅6周）未显示LH脉冲频率变化，而另一项长期高剂量GAT治疗（>6个月）研究报告LH脉冲频率降低，表明外源性T对生殖轴的抑制作用可能具有时间和剂量依赖性。GAT还可能破坏雌激素诱导的LH surge和随后的排卵。一项研究报告20名接受GAT的TGN个体在12周观察期内仅发生一次排卵事件。雄激素介导的排卵抑制可能通过抑制GnRH/LH脉冲性和下游卵泡发育及卵巢E2产生间接发生，从而阻止启动LH surge所需的高排卵前E2上升。另一可能性是GAT可能直接损害中枢生殖回路对E2正反馈的响应性。一项小型研究中外源性E2未能诱导GAT TGN个体正常正反馈LH surge反应，提示GAT可能破坏E2介导的LH surge机制。停止GAT治疗后，部分TGN个体可恢复排卵，但恢复时间可变（5至9个月）。部分接受GAT的个体在IVF期间需要更高促性腺激素剂量才能达到期望卵巢结局，提示GAT可能对雌性HPG轴有持久抑制效应。
3.3 GAT的临床前啮齿动物模型
新近开发的GAT暴露小鼠模型有助于研究高男性水平T对雌性HPG轴和生殖功能的生理效应。Kinnear等人开发的模型中，年轻成年雌性小鼠每周两次皮下注射庚酸睾酮（人类使用的制剂）持续6周，产生生理男性水平的循环T（模拟GAT）、发情周期丧失、卵巢变小和黄体减少。神经内分泌方面，该研究也报告单次血样中平均LH显著抑制。Bartels等人每周一次皮下注射环丙酸睾酮持续6周，同样观察到生理男性水平循环T、发情周期丧失及末次注射1周后卵巢变小和黄体减少。皮下植入庚酸睾酮缓释片也用于模拟成年雌性小鼠长期GAT暴露，6周T处理期间产生生理男性水平循环T并抑制发情周期。这些GAT雌性小鼠模型均表现出周期停止和无排卵，但尚无研究在长期男性水平T暴露期间检测体内LH脉冲模式，仅有研究报告单次血样平均LH降低。
3.4 GAT生殖表型的可能神经内分泌机制
目前尚不清楚哪种性类固醇受体信号通路或哪些细胞靶点直接介导外源性男性水平T效应，因为T既可经AR作用也可被芳香化为E2后经ER作用。去卵巢年轻成年雌性小鼠接受3周男性水平DHT皮下植入处理后，平均LH以及体内LH脉冲参数（包括LH脉冲频率和幅度）均显著降低，表明AR信号足以抑制成年雌性HPG神经内分泌轴。ERα敲除雌性小鼠接受DHT处理后平均LH降低，进一步支持AR信号通路足以抑制成年雌性HPG轴。ARC kisspeptin神经元（即KNDy神经元）被认为是脑"GnRH脉冲发生器"的主要组成部分，因此是内源性或外源性雄激素介导GnRH脉冲抑制的直接靶点的合理假设。外源性高水平T、DHT或E2处理可降低雌性啮齿动物ARC中Kiss1 mRNA水平，预期导致kisspeptin合成和信号减少，从而GnRH和LH脉冲减少。一项研究中，DHT处理的雌性小鼠KNDy神经元同步放电事件显著减少，表明GnRH脉冲发生器受抑。然而，另一项从3周龄开始慢性DHT处理的卵巢完整雌性小鼠研究中，成年期连续采血未发现基础LH、LH脉冲频率或脉冲幅度的差异。GAT也可能影响HPG轴内的正反馈作用。雌性大鼠接受低于男性生理水平的DHT处理后黄体减少，且暴露于已知可诱导LH surge的外源性E2处理时未能产生LH surge，提示E2正反馈机制在中枢水平被破坏。可能的机制包括抑制RP3V kisspeptin神经元，这些神经元已被强烈提示为LH surge的关键参与者并表达AR。一项研究报道中剂量DHT处理雌性大鼠RP3V Kiss1 mRNA和RP3V kisspeptin神经元活性（以c-Fos降低衡量）减少。
4 PMOS及PMOS样临床前模型中的内源性雄激素过量（高雄激素血症）
雌性内源性雄激素慢性升高与某些病理性高雄激素状态相关，最显著的是PCOS（现更名为多内分泌代谢性卵巢综合征（PMOS））。PMOS影响约10%育龄女性，诊断标准通常包括以下表型中的两项：（1）稀发或无排卵和月经不规律，（2）临床高雄激素水平（高雄激素血症），（3）多囊卵巢。近期增加了第四项标准：升高的抗苗勒管激素（AMH），由卵巢卵泡分泌。由于这些诊断特征在个体间存在差异，PMOS是高度异质性疾病。许多PMOS女性表现出异常升高的基础LH水平和LH脉冲频率，导致过度活跃的LH脉冲特征。由于LH刺激卵巢卵泡膜细胞雄激素合成，这种升高的LH可能促进PMOS中观察到的过量雄激素产生。这些改变可能部分由下丘脑GnRH神经元活动过度驱动，部分可能由于性类固醇反馈敏感性受损。尽管PMOS女性的T常较健康女性升高，但PMOS中循环T水平通常不超过200 ng/dL，远低于成年男性生理T范围（320至1000 ng/dL），后者是GAT治疗的循环目标范围。
4.1 PMOS的产前雄激素暴露模型
PMOS的一种提出病因是胎儿期在子宫内暴露于过量雄激素。支持证据包括PMOS女性孕期雄激素水平升高，其女儿发生PMOS的可能性增加。因此开发了产前雄激素暴露动物模型，即在妊娠期间用T或DHT处理孕鼠。这些产前雄激素化（PNA）模型的雌性后代在多种物种（猴、啮齿动物、羊）中常表现PMOS样高雄激素血症。小鼠和大鼠PNA雌性后代成年期表现出LH水平和LH脉冲频率升高，以及发情周期紊乱和卵泡闭锁。然而，PNA小鼠中一些PMOS关键特征如循环T升高并非一致重现，可能反映雄激素定量方法差异。另一种较新的子宫内雄激素暴露小鼠模型是产前AMH处理（pAMH）。AMH由卵巢分泌，在许多PMOS女性中升高，已被证明可驱动GnRH神经活动并诱导LH分泌。pAMH模型中，妊娠晚期暴露于AMH的雌性后代成年期表现出发情周期受损、T水平升高和LH脉冲频率增加。
4.2 PMOS的出生后雄激素暴露模型
其他PMOS临床前啮齿动物模型在青春期末期开始过量雄激素暴露，因为这是女孩PMOS症状常首次出现的时期。一种青春期诱导模型使用来曲唑（LET），一种芳香化酶非甾体抑制剂。LET治疗抑制T向E2的转化，从而增加T分泌，创造类似PMOS的高雄激素状态。青春期开始的慢性LET治疗导致许多PMOS样表型，包括发情周期受损、T和LH水平升高、多囊卵巢和不孕，以及一些代谢表型如体重增加和胰岛素抵抗。LET雌性体内LH脉冲频率显著升高，模拟许多PMOS女性的LH脉冲过度活跃特征。相比之下，产前PNA和AMH模型可能更接近瘦型PMOS女性。另一种出生后雄激素暴露模型中，青春期前（3周龄）或青春期年龄开始慢性DHT处理的雌性啮齿动物成年期表现部分PMOS样特征，如发情周期紊乱、多囊卵巢、胰岛素抵抗和脂肪增加，但未能显示LH或T血水平升高，也不发展卵巢增大。
4.3 PMOS及PMOS样表型的可能神经内分泌机制
许多PMOS女性表现出异常升高的LH脉冲频率和增加的脉冲幅度。LH脉冲频率改变表明脑内GnRH脉冲发生器系统某方面改变。PMOS可能在下丘脑GnRH脉冲发生器水平存在性类固醇负反馈功能障碍，允许GnRH和LH分泌过度活跃。PMOS女性需要比健康女性更高水平的雌二醇和孕酮治疗才能降低LH水平，支持负反馈受损。KNDy神经元构成GnRH脉冲发生器。实验性光遗传激活KNDy神经元可增加小鼠LH分泌，而光遗传抑制KNDy神经元减少LH脉冲。推测PMOS女性可能存在KNDy神经元功能过度活跃，以某种方式抵抗典型雄激素负反馈，驱动异常升高的LH脉冲分泌。雌性PNA大鼠ARC中Kiss1 mRNA水平增加，LET处理雌性大鼠和小鼠ARC中Kiss1和Tac2（NKB）mRNA水平增加伴LH升高。PNA小鼠虽发情周期紊乱，但保留产生E2诱导LH surge的能力并存在黄体，表明该PMOS模型中正反馈surge机制未被完全消除。GABA能信号增强也被涉及PMOS病理生理。与脑中典型抑制性作用相反，GABA使GnRH神经元去极化（激活），因其细胞内氯离子升高，从而增强GnRH分泌。部分PMOS女性GABA水平升高。产前PMOS小鼠模型显示ARC来源GABA能输入至GnRH神经元增加。选择性激活雌性小鼠ARC GABA神经元可重现部分PMOS样症状。雄激素受体（AR）信号在PMOS中起重要作用。PMOS女性中，仅当AR拮抗剂氟他胺与E2和P治疗联合时过度活跃LH水平才降低，而单独E2和P治疗不足，表明AR信号可能通过干扰E2和P负反馈促进PMOS中LH分泌升高。在产前AMH或LET处理雌性小鼠中，kisspeptin细胞选择性AR敲除可恢复发情周期和生育力。垂体促性腺细胞也表达AR，可能是过量雄激素信号的另一靶点。DHT可降低培养垂体GnRH诱导的LH分泌，促性腺细胞特异性AR缺失可减轻慢性DHT诱导的发情周期和生育力损伤。针对GnRH脉冲发生器（即KNDy神经元）可能是PMOS治疗的有前景方法。一项临床前研究中，LET诱导PMOS样雌性小鼠KNDy神经元靶向化学遗传抑制可降低过度活跃LH脉冲频率和升高T水平至健康对照范围。NK3R拮抗剂AZD4901治疗PMOS女性可减少LH脉冲并降低循环T浓度。
5 比较PMOS与外源性T暴露的神经内分泌表型
在GAT和PMOS中，雄激素水平均升高至正常女性范围以上，形成"雄激素过量"。然而，这两种情况下的雄激素升高与神经内分泌激素分泌（LH）和卵巢生长方面不同的生理结局相关。GAT和PMOS均导致周期受损和无排卵，但GAT中升高的雄激素导致LH分泌抑制和卵巢变小，而PMOS中LH分泌显著增加和卵巢变大。GAT中，外源性男性水平T抑制TGN个体平均LH水平和LH脉冲频率，与雄激素对构成GnRH脉冲发生器的ARC kisspeptin神经元的已知抑制性作用一致。小鼠模型中男性水平T（或男性水平DHT）也导致成年雌性LH水平受抑。相比之下，PMOS个体及PMOS样小鼠模型（LET、PNA和AMH）均显示相反LH表型，即尽管T显著升高，LH浓度和/或脉冲频率仍增加。在正常生理条件下，这种升高T水平应导致LH输出受抑，因为已知T在两种性别中均抑制LH分泌。然而在PMOS和PMOS模型中，升高T未如预期抑制LH。这一悖论提示PMOS中存在某种水平的雄激素反馈"抵抗"，其机制尚待解释。PMOS与GAT的一个重要区别是过量雄激素暴露的来源和剂量。GAT中外源性给予T以达到男性水平T（通常320至1000 ng/dL），而PMOS中雄激素内源性来源于卵巢，水平不如男性高，通常为30至95 ng/dL。GAT治疗通常每2至3周给药一次，根据制剂和给药途径可产生明显峰值和谷值，而PMOS中T水平持续升高。另一个关键区别是过量雄激素暴露的发育起始时间。GAT中外源性T给药常始于青春期晚期或成年期，而PMOS个体可能在产前和/或青春期末期首次暴露于升高T，并持续至成年。PMOS中较早的T暴露起始提示可能的发育效应，可能驱动成年期高雄激素条件下LH分泌的差异。临床前PMOS模型在产前或青春期末期启动过量雄激素暴露，而GAT模型通常在年轻成年小鼠青春期后开始雄激素治疗。
6 结论
总体而言，与男性一样，雄激素过量是雌性生殖神经内分泌轴的强效调节因子，但LH分泌的生理结局可能取决于雄激素的来源、浓度、时机、起始时间和/或背景。
